1. Repositorio Institucional del Tecnológico Nacional de México (RI - TecNM)
2. Tesis de Posgrado
3. Morelos
4. Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico
5. Tesis CENIDET
6. Tesis Doctorado
7. Tesis de Doctorado en Ingeniería Mecánica

Title:	Control pasivo de vibraciones en aerogeneradores utilizando tecnología de rigidez negativa
Authors:	Mazón Valadez, Cuauhtémoc%815170
metadata.dc.subject.other:	Rigidez negativa. Análisis de vibraciones mecánicas. Control pasivo de vibraciones en aerogeneradores. Absorbedores dinámicos de vibración. NS-NIDVA. OpenFast. Metodología extendida del punto fijo. Optimización de DVAs. Algoritmo PSO. DVAs basados en el inersor. Admitancia Global. Simplificación de modelado en DVAs. Modelado dinámico de aerogeneradores
Issue Date:	2025-12-12
Publisher:	Tecnológico Nacional de México
metadata.dc.publisher.tecnm:	Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico
Description:	En esta investigación se aborda el estudio, modelado y control pasivo de vibraciones en aerogeneradores mediante absorbedores de alto rendimiento basados en la inercia rotacional y la tecnología de rigidez negativa para mejorar la estabilidad y alargar la vida útil de estas estructuras. Los aerogeneradores, al estar sometidos a condiciones ambientales variables como cargas aerodinámicas complejas, experimentan vibraciones que pueden comprometer su desempeño, eficiencia y durabilidad. De acuerdo con esta problemática, en este trabajo se plantea una metodología que combina modelos matemáticos, técnicas de optimización y comprobaciones numéricas mediante simulaciones coherentes y fundamentadas. Se realizó el estudio de la dinámica de los dispositivos NS-NIDVA (absorbedores dinámicos de vibración basados en la inercia rotacional y la tecnología de rigidez negativa), donde se propone un análisis novedoso que simplifica el modelado de los absorbedores dinámicos de vibración. Esta metodología propuesta permitió la reducción de las ecuaciones diferenciales que describen el comportamiento dinámico de este tipo de sistemas, sin alterar la respuesta dinámica de la estructura primaria y produciendo un modelo general de la dinámica de los absorbedores. Posteriormente, se presenta una metodología del proceso de optimización para los dispositivos NS-NIDVA, mediante la utilización de criterios de estabilidad y metodologías de optimización existentes en la literatura, como la metodología extendida del punto fijo y los criterios de rendimiento 𝐻∞, y 𝐻2. Esto se logró mediante la aplicación de restricciones severas, técnicas numéricas y el método metaheurístico de enjambre de partículas, para encontrar de manera eficaz los parámetros ideales para el correcto funcionamiento de los dispositivos NS-NIDVA. Asimismo, se determinó un modelo simplificado de la dinámica de aerogeneradores basado en los parámetros físicos del aerogenerador NREL 5MW. En este modelo se agregan las interacciones entre los álabes, la góndola y la torre, permitiendo evaluar la respuesta de este tipo de estructuras bajo diferentes condiciones de carga. Los resultados preliminares mostraron que el modelado propuesto representa de manera eficiente el comportamiento del aerogenerador en el plano de referencia (𝑧𝑥), donde se logra reproducir el comportamiento realista de esta estructura bajo condiciones de cargas aerodinámicas. Por otro lado, el comportamiento en el plano (𝑧𝑦) presentó algunas limitaciones, derivadas por una representación ineficiente del efecto rotacional de los álabes. Sin embargo, a pesar de esta ineficiencia, las simulaciones realizadas con el software de OpenFast demuestran que el análisis en el plano (𝑧𝑥), es una alternativa realista y robusta para representar la dinámica del sistema sin recurrir a modelos complejos. Finalmente, la investigación se centró en el acoplamiento de los dispositivos NS-NIDVA a lo largo de la torre del aerogenerador. Las simulaciones finales demostraron la efectividad de estos dispositivos en el control pasivo de vibraciones en aerogeneradores, especialmente cuando el aerogenerador es sometido a cargas armónicas, ruido blanco gaussiano y las cargas aerodinámicas cuando el aerogenerador opera en su primera velocidad nominal (6.9 RPM). Sin embargo, se identificó que bajo ciertas condiciones de operación del aerogenerador (segunda velocidad nominal 12.1 RPM y a la frecuencia natural de la torre 19.51 RPM), el comportamiento no es favorable. En este caso, la interacción de las cargas aerodinámicas supera la eficiencia de este sistema de control pasivo de vibraciones. A pesar de esto, los resultados obtenidos en esta investigación sientan las bases para futuras investigaciones en el área de ingeniería de control estructural y energías renovables. Por lo tanto, esta tesis tiene un aporte significativo en los campos relacionados al control de vibraciones estructurales y de aerogeneradores, al integrar tres aspectos fundamentales: la simplicidad del modelado matemático de los absorbedores dinámicos de vibración y de los aerogeneradores; la metodología propuesta mediante simulaciones numéricas y el algoritmo de enjambre de partículas para determinar parámetros óptimos de los absorbedores de vibración; y la comprobación mediante las simulaciones numéricas del modelo de aerogenerador propuesto. Esto sienta las bases de futuras estrategias de control mediante una metodología sólida, flexible y replicable que puede servir para investigaciones futuras relacionadas con el control de vibraciones y energías renovables.
metadata.dc.type:	info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
Appears in Collections:	Tesis de Doctorado en Ingeniería Mecánica

This item is protected by original copyright View License

This item is licensed under a Creative Commons License